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Raketentriebwerke oder auch Raketenmotoren sind Antriebe die die Antriebskraft Schub durch Ausstossen von Stutzmasse entgegen der Antriebsrichtung erzeugen Weil sie dabei keine Materie von aussen ansaugen und beschleunigt wieder ausstossen funktionieren sie unabhangig von der Umgebung also auch im Vakuum Sie wurden ursprunglich fur den Flug von Raketen entwickelt Vulcain II Raketentriebwerk einer Ariane 5Der Arbeit des Raketentriebwerks liegt das Ruckstossprinzip siehe auch Ruckstossantrieb im Rahmen des dritten newtonschen Axioms zugrunde Je hoher die Geschwindigkeit der ausgestossenen Stutzmasse ist desto effizienter ist das Triebwerk und desto grosser ist die mogliche Geschwindigkeitsanderung Delta v der Rakete Raketentriebwerke kommen nicht nur als Antriebe von Raketen Tragerraketen Raumfahrzeugen zur Anwendung sondern auch bei Flugzeugen und speziellen Landfahrzeugen z B Raketenautos Weit verbreitet sind Raketentriebwerke im militarischen Bereich wo sie als Antrieb von ballistischen Raketen oder reaktiven Geschossen etwa von Raketenwerfern oder zum Antrieb von reaktiven Torpedos eingesetzt werden Es existieren verschiedene Ausfuhrungen von Raketentriebwerken und zahlreiche Bemuhungen die benotigten Betriebsmittel von Raketentriebwerken zu reduzieren siehe Aerospike Theoretische Effekte die bei einem Raketenantrieb zu verzeichnen sind wurden 1903 von Konstantin Ziolkowski mit der Raketengrundgleichung dargestellt Spater kam Hermann Oberth unabhangig davon zu den gleichen Erkenntnissen Inhaltsverzeichnis 1 Technik 2 Arten von Raketentriebwerken 2 1 Chemisches Raketentriebwerk 2 1 1 Feststofftriebwerk 2 1 2 Flussigkeitstriebwerk 2 1 2 1 Treibstoffforderung 2 1 2 2 Haupt oder Nebenstrom 2 1 3 Hybridraketentriebwerk 2 1 4 Steuersysteme 2 1 5 Treibstoffe 2 2 Solarthermisches Raketentriebwerk 2 3 Elektrisches Raketentriebwerk 2 3 1 Elektrothermischer Antrieb 2 3 2 Elektromagnetischer Antrieb 2 3 3 Elektrostatischer Antrieb 2 4 Nukleares Raketentriebwerk 2 5 Kaltgastriebwerk 3 Wirkungsgrad des Raketenantriebs 4 Test 5 Siehe auch 6 Weblinks 7 Literatur 8 EinzelnachweiseTechnik Bearbeiten nbsp Atlas V Rakete beim StartDie meisten aber nicht alle Raketenantriebe sind Verbrennungskraftmaschinen Sie erhitzen durch Verbrennung eines Brennstoffs mit Oxidationsmitteln eine Stutzmasse in der Regel die Verbrennungsprodukte in einer Brennkammer bei sehr hoher Temperatur und lassen das energiereiche Produkt in Gasform durch eine Offnung austreten Die bei der Verbrennung freigesetzte thermische Energie sowie der entstehende Druck in der Brennkammer werden beim Austreten in kinetische Energie umgewandelt und erzeugen somit die Schubkraft nach dem Ruckstossprinzip Die speziell geformte Austrittsoffnung der Brennkammer wird Duse genannt sie dient zur Erhohung der Austrittsgeschwindigkeit resultiert in hoherer Schubkraft sowie zur Erhohung des Innendrucks in der Brennkammer zugunsten des Verbrennungsprozesses Eine haufig verwendete Dusenart ist die Lavalduse Die Duse muss gekuhlt werden was entweder durch Beschichtungen oder durch innen liegende Kuhlleitungen durch die der oft kryogene Brennstoff fliesst erreicht wird Idealerweise entspannt man den Strahl bis auf den Umgebungsdruck im Vakuum oder aus praktischen Grunden Lange und Gewicht ist das nicht moglich die Auslegung der Duse ist daher ein Kompromiss und Teil der Antriebsauslegung Eine wesentliche Kenngrosse von Raketentriebwerken ist der spezifische Impuls der die Effizienz des Antriebs als Verhaltnis zwischen Impuls und verbrauchter Treibstoffmasse beschreibt Er hat in SI Einheiten die Einheit m s und liegt z B bei einem Feststoffmotor bei 2450 m s einem Flussigkeitstriebwerk wie etwa dem des Space Shuttle bei 4444 m s Als weitere Bauteile kommen haufig Behaltnisse fur mitgefuhrte Betriebsstoffe Betriebsstoffpumpen und Kuhlsysteme hinzu Eine Rakete verliert wahrend der Betriebsdauer ihres Raketentriebwerks an Masse es sei bemerkt dass bei gleich bleibendem Schub deshalb die Beschleunigung steigt Bei einem chemischen Raketenantrieb ist der Brennstoffverbrauch sehr hoch deshalb fallt dieser Effekt viel starker ins Gewicht als bei einem nuklearen Raketentriebwerk der das auszustossende Gas durch eine Kernreaktion erhitzt Noch weniger Treibstoff verbrauchen elektrische Raketentriebwerke zu denen zum Beispiel der Ionenantrieb zahlt Der Raketenantrieb ist die bisher einzige Antriebsart die es ermoglicht Raumfahrt zu betreiben Zum Beschleunigen innerhalb unseres Sonnensystems dient oftmals zusatzlich die Swing by Methode zur Treibstoffersparnis Diskutierte Alternativen zum Raketenantrieb in der Raumfahrt sind Antriebe ohne Reaktionsmasse wie Sonnensegel Abschussmechanismen mit einer Railgun und weitere es gibt zahlreiche Spekulationen uber Antriebe mit Antimaterie oder Wurmlochern Siehe auch Antriebsmethoden fur die Raumfahrt Raketenantriebe werden in der militarischen Luftfahrt zur Starthilfe benutzt In Einzelfallen werden sie auch bei Automobilen eingesetzt um etwa Geschwindigkeitsrekorde zu erzielen Auch gibt es Anwendungen im Hobbybereich Modellbau und bei Spielzeugen Hier werden vielfach Druckluftraketen und Wasserraketen eingesetzt Arten von Raketentriebwerken BearbeitenEs gibt mehrere Gruppen und viele Varianten von Raketentriebwerken chemische Raketentriebwerke Feststoffrakete Flussigkeitsrakete monopropellant bipropellant Hybridrakete solarthermische Raketentriebwerke nukleare Raketentriebwerke siehe auch NERVA elektrische Raketentriebwerke Ionentriebwerke thermische Lichtbogentriebwerke Resistojet usw Kaltgas Raketentriebwerke Die heute am weitesten verbreiteten Raketentriebwerke sind Modelle mit chemischen Reaktionen zur Erzeugung der benotigten Energie Es existiert eine Vielzahl an Modellen die bisher nur theoretisch vorgeschlagen wurden bzw sich noch in der Entwicklung befinden Chemisches Raketentriebwerk Bearbeiten Ein chemisches Raketentriebwerk arbeitet im Gegensatz zu einigen anderen Triebwerken vollig unabhangig von seiner Umgebung Es ist meist eine Verbrennungsmaschine wie das luftatmende Strahltriebwerk aber im Gegensatz zu diesem nicht auf den Luftsauerstoff als Oxidationsmittel angewiesen Alternativ kann auch eine andere exotherme chemische Reaktion anstatt einer Verbrennung stattfinden sowie blosser Molekulzerfall beides sehr selten Immer werden jedoch alle notwendigen Betriebsmittel mitgefuhrt so z B der zur Verbrennung des Brennstoffs notwendige Sauerstoff Das Triebwerk kann deshalb auch im Vakuum arbeiten Die folgenden drei Formen von chemischen Triebwerken auf Sauerstoff Verbrennung basierend sind gebrauchlich und unterscheiden sich im Lagerungszustand der Betriebsmittel Feststofftriebwerk Bearbeiten Hauptartikel Feststoffraketentriebwerk nbsp Die ersten Feststoffraketen als Antrieb Der Raketenkasten des RAK1 Marz 1928Der Treibstofftank ist zugleich die Brennkammer Man unterscheidet zwischen Stirnbrennern bei denen der zylindrische Brennstoffblock vom Ende her abbrennt konstante kreisformige Brennflache und Zentralbrennern bei denen ein Brennkanal von zylindrischem sternformigem oder sonst prismatischem Querschnitt durch die gesamte Lange des Treibstoffblocks verlauft und dieser von innen her abbrennt Brennflache in Form eines Prismenmantels je nach Kanalquerschnitt ergibt sich eine Verlaufskurve des Brennflacheninhalts Stirnbrenner entwickeln fur langere Zeit eine geringe Schubkraft Zentralbrenner fur sehr viel kurzere Zeit eine sehr hohe Schubkraft sogenannte Booster werden daher meist als Zentralbrenner ausgefuhrt Durch die Konsistenz des Treibstoffes lassen sich verschiedene Eigenschaften ableiten Man benotigt keinerlei Zuleitungen Steuerventile oder Pumpen denn die Reaktionsmasse befindet sich bereits in der Brennkammer Militarische Raketen werden fast immer als Feststoffraketen ausgelegt Ein weiterer Vorteil von Feststoffraketen ist die hohe erreichbare Schubkraft Zu den Nachteilen gehoren jedoch die schlechte Regulierung der Schubkraft und der Arbeitsdauer Die Verbrennung kann nach der Zundung nicht mehr abgebrochen oder neu gestartet werden Der wichtigste Vorteil von Feststoffraketen ist jedoch der hohe Schub die Feststoffbooster des Space Shuttle sind mit einem Schub von maximal 14 5 Meganewton bis heute die starksten eingesetzten Raketentriebwerke uberhaupt veraltet Das grosste Flussigkeitstriebwerk das F 1 der Saturn V erreichte maximal rund 6 9 Meganewton Flussigkeitstriebwerk Bearbeiten Hauptartikel Flussigkeitsraketentriebwerk nbsp RD 171 Modell das bisher schubstarkste Flussigkeitstriebwerk nbsp Ein RS 68 Triebwerk bei einem TestlaufDer Aufbau von Flussigkeitsraketentriebwerken ermoglicht eine Schubregulierung lange Arbeitszeit und eine relativ gunstige Wiederverwendung Bei Flussigkeitsraketentriebwerken werden Brennstoff und sofern es sich nicht um ein Monergoltriebwerk handelt Oxidans ausserhalb des Triebwerks gelagert Sie lassen sich mit geringem Mehraufwand auch wiederzundbar auslegen so dass das Triebwerk wahrend des Fluges mehrere Brennphasen haben kann Haufig handelt es sich bei den Betriebsstoffen um sehr aggressive Chemikalien oder kaltverflussigte Gase Beide mussen in speziellen korrosionsfesten bzw isolierten Tanks aufbewahrt werden um so ein Verdampfen der Gase oder ein Angreifen der Behalterwandung zu vermeiden Da die Treibstoffe gelagert und gefordert werden mussen ist eine Flussigtreibstoffrakete in ihrem Aufbau normalerweise deutlich komplizierter als eine Feststoffrakete Durch die meist hochenergetischen Treibstoffe entstehen Temperaturen von bis zu 4000 Kelvin in der Brennkammer was die Verwendung hoch hitzebestandiger Materialien und eine leistungsfahige Kuhlung erfordert Zur Kuhlung kann auf Oxidans und Treibstoff zuruckgegriffen werden Durch den hohen Druck unter dem sich die Gase in flussiger Form befinden kann man damit aufgrund der niedrigen Temperatur verschiedene Bauteile uber Warmeubertrager kuhlen Treibstoffforderung Bearbeiten In einem Flussigkeitsraketentriebwerk mussen der oder die Brennstoffe gegen den dort herrschenden Druck in die Brennkammer gefordert werden Beim Prinzip der Druckgasforderung werden die Tanks unter Druck gesetzt meist mit Helium oder einem anderen inerten Gas Dies begrenzt den Brennkammerdruck und ist daher nur fur Systeme kleiner Leistung geeignet erhoht aber die Zuverlassigkeit da weniger Teile benotigt werden Die Pumpenforderung lasst hohe Drucke und Leistungen zu ohne dass die gesamte Tankstruktur fur den Brennkammerdruck ausgelegt werden muss Nachteilig ist die hohere Komplexitat dieser Anlagen Die Pumpen konnen beispielsweise mit Hilfstreibstoffen oder direkt mit den Hauptbrennstoffen uber eine Turbine betrieben werden wobei man folgende weitere Unterscheidung trifft Haupt oder Nebenstrom Bearbeiten Bei Flussigkeitsraketentriebwerken mit Pumpenforderung kann zwischen Haupt und Nebenstromtriebwerken unterschieden werden Bei Hauptstromtriebwerken werden die gesamten Treibstoffe durch die Haupt Brennkammer gefuhrt Die Turbinen zur Treibstoffforderung werden hierbei entweder durch eine im Kuhlsystem des Triebwerkes erhitzte Treibstoffkomponente Expander Cycle oder durch ein in einer Vorbrennkammer erzeugtes Arbeitsgas angetrieben Staged Combustion Cycle Bei Nebenstromtriebwerken werden die Teile der Treibstoffe die zum Betrieb der Turbinen der Treibstofforderung verwendet werden nicht durch die Hauptbrennkammer gefuhrt Eine Bauform des Nebenstromtriebwerkes stellt der Gasgenerator Cycle dar Hierbei wird zum Antrieb der Treibstoffpumpen ein Teil der Treibstoffe in einem Gasgenerator verbrannt und das Arbeitsgas in einer zum Haupttriebwerk parallelen Duse entspannt oder im divergenten Teil der Hauptduse dem Hauptstrom zugefuhrt Eine andere Auspragung stellt der Topping Cycle dar Hier wird der Brennstoffstrom in zwei Strange aufgeteilt Der kleinere Strom durchfliesst die Kuhlung des Triebwerkes treibt die Turbinen der Treibstoffpumpen an und wird im divergenten Bereich der Hauptduse dem Hauptstrom zugefuhrt Hybridraketentriebwerk Bearbeiten Hauptartikel Hybridrakete In Hybridraketentriebwerken werden sowohl feste als auch flussige Treibstoffkomponenten verwendet Dem Festtreibstoff wird der Flussigtreibstoff geregelt zugefuhrt was eine verbesserte Kontrolle uber die Arbeitsgeschwindigkeit und dauer als bei reinen Feststofftriebwerken zulasst Ein solches Triebwerk wird etwa im SpaceShipOne verwendet einer privat entwickelten Rakete die im Jahr 2003 als erstes Privatunternehmen einen Menschen in das Weltall auf uber 100 km Hohe beforderte Die Mischung aus Feststoffbrennkammer und einem einfachen Flussiggas Oxidans Distickstoffmonoxid erwies sich als besonders okonomisch Steuersysteme Bearbeiten Es gibt eine Reihe von Moglichkeiten den Schubvektor eines Raketentriebwerks zu beeinflussen Strahlablenkung z B durch Strahlruder oder klappen wurde bei fruhen Mustern wie der A4 eingesetzt schwenken des Schubstrahls durch Schwenken des Triebwerks mit Brennkammer ist die am haufigsten eingesetzte Methode asymmetrische Verbrennung z B Injektion von Sekundartreibstoff in den Schubstrahl Treibstoffe Bearbeiten Hauptartikel Raketentreibstoff Fur Raketentriebwerke gibt es eine grosse Palette an Treibstoffen bei den chemischen Treibstoffsystemen unterscheidet man allgemein entweder nach der Art des Treibstoffes in Fest Flussig oder Hybridtreibstoffe oder aber nach Anzahl der am Verbrennungsprozess beteiligten Reaktionsstoffe in monergol 1 Chemikalie diergol 2 Chemikalien oder triergol 3 Chemikalien Solarthermisches Raketentriebwerk Bearbeiten Ein solarthermischer Antrieb Solar Orbit Transfer Vehicle SOTV fur den Wechsel von LEO nach GEO ist in Entwicklung Dabei konzentrieren zwei aufblasbare Parabolspiegel die Sonnenstrahlung auf einen Graphitblock durch den Wasserstoff geleitet wird der dadurch auf etwa 2400 Kelvin aufgeheizt wird Elektrisches Raketentriebwerk Bearbeiten Hauptartikel Elektrisches Raketentriebwerk Elektrische Antriebssysteme fur die Raumfahrt verwenden elektrische Energie zur Schuberzeugung Da sie nur geringen Schub erzeugen konnen sie nicht fur Tragerraketen genutzt werden sondern kommen bisher nur auf Satelliten und Sonden zur Anwendung Vor und Nachteile fur elektrische Antriebe sind Sehr hoher spezifischer Impuls moglich Austrittsgeschwindigkeit des Treibstoffs Vergleichbar geringes Schubniveau realisierbar ein Starten von der Erdoberflache ist deshalb rein elektrisch nicht moglich Geringer Schub fuhrt zu prazisen Lageregelungsmanovern z B fur Beobachtungssatelliten Die Leistung wird durch die elektrische Energie begrenzt die vom Raumflugkorper bereitgestellt werden kann Kurzzeitige Richtungsanderungen sind wegen der langen Brenndauer bei geringem Schub schwierig Auf Grund der verschiedenartigen Bauweisen und Methoden zur Schuberzeugung werden die elektrischen Antriebe weiter unterschieden Die Einteilung erfolgt dabei nach dem Funktionsprinzip in die a elektrothermischen b elektrostatischen und c elektromagnetischen Antriebe Je nach Art der elektrischen Energiegewinnung wird weiterhin zwischen solarelektrischen und nuklearelektrischen Systemen unterschieden Elektrothermischer Antrieb Bearbeiten Der gasformige Treibstoff wird mit Hilfe einer Widerstandsheizung oder eines Lichtbogens erhitzt und anschliessend mittels einer Duse beschleunigt Durch die hohen Temperaturen kann ein vergleichbar hoher Schub erzeugt werden der allerdings durch den geringen Massenfluss begrenzt wird Als Treibstoff dienen Gase mit geringer molaren Masse wie z B Wasserstoff oder Ammoniak Der Wirkungsgrad der elektrischen Energie zur Aufheizung ist relativ gering Triebwerke mit Widerstandsheizung werden als Resistojets solche mit Lichtbogenheizung als Arcjets bezeichnet Der erzielbare Schub eines elektrothermischen Antriebs ist gering bei einigen 100 mN Die Ausstromgeschwindigkeit liegt typischerweise im Bereich von 10 000 bis 30 000 m s Siehe auch Thermisches Lichtbogentriebwerk Elektromagnetischer Antrieb Bearbeiten Der Treibstoff bzw die Stutzmasse wird wie beim elektrothermischen Antrieb mit Hilfe von Widerstandsheizung oder durch einen Lichtbogen erhitzt Ein elektromagnetischer Antrieb beschleunigt jedoch das erzeugte Plasma 10 000 K in einem magnetischen Feld Lorentzkraft anstatt mit einer Duse Der erzielbare Schub eines elektromagnetischen Antriebes ist bisher gering und liegt im mN Bereich Hierfur werden elektrische Leistungen im kW Bereich benotigt Die Effektivitat der Plasmatriebwerke hangt vom verwendeten Treibstoff ab Meist werden Treibstoffe mit geringer molarer Masse verwendet z B Wasserstoff deren Lagerung jedoch aufwandig ist Siehe auch Magnetoplasmadynamischer Antrieb Elektrostatischer Antrieb Bearbeiten nbsp Testlauf eines IonentriebwerksBei elektrostatischen Triebwerken erfolgt die Schuberzeugung durch Verdampfung der Stutzmasse wenn diese nicht schon gasformig ist Ionisation der Atome und Beschleunigung der Ionen in einem elektrischen Feld Zur Vermeidung einer elektrischen Aufladung des Triebwerkes ist es notwendig die Stutzmasse hinter der Beschleunigungsstrecke durch Zugabe der bei der Ionisation entfernten Elektronen zu neutralisieren Die Schubkraft je Ion und damit die Effizienz nimmt mit der Masse der beschleunigten Ionen zu weshalb Ionentriebwerke die Ionen relativ schwerer Elemente benutzen Verwendet wird heute wegen seiner Reaktionstragheit und leichten Forderbarkeit fast immer das schwere und teure Edelgas Xenon Der Wirkungsgrad dieser Antriebe ist relativ hoch ebenso die Ausstromgeschwindigkeit Die erreichbaren Schubkrafte sind jedoch sehr gering und liegen im mN Bereich Siehe auch Ionenantrieb Nukleares Raketentriebwerk Bearbeiten nbsp NERVA Kernspaltungs Raketentriebwerk NASA nbsp Schema eines nuklearen RaketentriebwerksUnter nuklearen Raumfahrtantrieben werden alle Antriebssysteme zusammengefasst die mit Hilfe nuklearer Reaktionen betrieben werden Nukleare Energie kann grundsatzlich durch Kernspaltung oder Kernfusion erzeugt werden Die so erzielbaren Leistungsdichten sind um den Faktor 10 6 displaystyle 10 6 nbsp Kernspaltung beziehungsweise 10 7 displaystyle 10 7 nbsp Kernfusion grosser als die chemischer Antriebe An der Kernfusion wird noch gearbeitet etwa bei ITER Bis heute ist jedoch allein die Kernspaltung technisch realisiert und beherrscht und nur darauf basierende Antriebssysteme wurden bisher entwickelt und erprobt etwa zwischen 1954 und 1972 bei NERVA Hier wurde in Tests ein spezifischer Impuls von 825 s erreicht im Unterschied etwa zu den 452 s aktueller Flussigtreibstoffmotoren wie dem des Space Shuttle Zum operativen Einsatz im Sinne einer Raumfahrtmission ist bisher kein nukleares Antriebssystem gekommen da sie aus okologischen oder politischen Grunden bisher nicht einsetzbar erschienen Auch fur den militarischen Einsatz geplante und entworfene nukleare Raketenantriebe kamen uber den Prototypen status nicht hinaus Das fur den geplanten interkontinentalen Marschflugkorper Pluto entwickelte nukleare Ramjet Triebwerk Tory IIC wurde 1964 zum zweiten und letzten Mal getestet Das entsprechende Projekt wurde am 1 Juli 1964 beendet Allen nuklearen Antriebssystemen oder konzepten ist gemein dass die in dem nuklearen Prozess erzeugte Energie auf eine Stutzmasse ubertragen wird und diese in einer Duse entspannt wird Einzige Ausnahme von dieser Regel stellte das Konzept des nuklearen Pulsantriebs dar Hierbei sollten Atombomben ausserhalb des Raumfahrzeuges gezundet und der Impuls des auf das Raumfahrzeug treffenden Plasmas zur Beschleunigung verwendet werden siehe Orion Projekt Ab 2003 wurde bei der NASA wieder uber das Projekt Prometheus nachgedacht Ziel ist ein Nuklearantrieb der Sondenmissionen zu den mittleren Planeten des Sonnensystems ermoglichen soll etwa fur das JIMO Programm Die mittels Kernkraft erzeugte elektrische Energie soll hier uber einen Ionenantrieb umgesetzt werden nbsp Teile dieses Artikels scheinen seit 2012 nicht mehr aktuell zu sein Bitte hilf uns dabei die fehlenden Informationen zu recherchieren und einzufugen Wikipedia WikiProjekt Ereignisse Vergangenheit 2012 Im Oktober 2009 hat die russische Weltraumagentur Roskosmos angekundigt eine bereits 1954 begonnene Entwicklung eines Gaskernreaktors Nuclear Gas Core Reactor NGCR wieder aufzunehmen Das Triebwerk nutzt hochangereichertes Uran in einer Plasma Gasphase bei einem Druck von 1000 bar und Temperaturen bis 70 000 Kelvin Als Treibstoff soll Wasserstoff eingesetzt werden erganzt um Alkalimetalle wie Lithium um den Energietransfer aus der Strahlung zu fordern 1 Der Projektplan soll bis 2012 entwickelt worden sein die Entwicklung kann 9 Jahre dauern wobei Kosten von 17 Mrd Rubel 580 Mio Dollar budgetiert sind Das Triebwerk soll die Voraussetzungen fur eine bemannte Marsmission herstellen 2 nbsp Schubduse eines Kaltgastriebwerks einer AmateurraketeIm Jahr 2021 hat die DARPA Auftrage an amerikanische Firmen vergeben um neue Antriebe fur Raketen um sublunaren Raum zu entwickeln General Atomics Blue Origin und Lockheed Martin erhielten Forschungsgelder um bis Ende 2022 ein Kernenergieantriebssystem fur ein Raumschiff zu entwickeln Dann soll es eine Ausschreibung geben die in einem Testflug im Weltall im Jahr 2025 munden soll 3 2027 soll der von Lockheed Martin und BWX Technologies entwickelte X NTRV getestet werden 4 Kaltgastriebwerk Bearbeiten Hauptartikel Kaltgastriebwerk Beim Kaltgasantrieb wird ein unter Druck stehendes Gas meist Stickstoff aus einem Druckbehalter uber Dusen entspannt Durch den niedrigen spezifischen Impuls wird dieser Antrieb meist zur Lagestabilisierung von kleinen und kostengunstigen Satelliten eingesetzt 5 6 Wirkungsgrad des Raketenantriebs Bearbeiten nbsp Geschwindigkeitsverhaltnis ve vg und Wirkungsgrad als Funktion des MassenverhaltnissesZur Bestimmung des Wirkungsgrades gehen wir davon aus dass eine Energie E displaystyle E nbsp die Treibstoffmasse M displaystyle M nbsp und die verbleibende Fahrzeugmasse m displaystyle m nbsp Struktur Nutzlast usw auseinander treibt Fur die interessierende Geschwindigkeit V displaystyle V nbsp der Rakete nach der Antriebsphase erhalt man die kinetische Energie E Rakete 1 2 m V 2 displaystyle E text Rakete frac 1 2 mV 2 nbsp Ferner gilt wegen Impulserhaltung folgende Relation zur Geschwindigkeit v g displaystyle v g nbsp des Treibstoffs V M m v g displaystyle V frac M m v g nbsp Eingesetzt und nach der Energie der Rakete aufgelost erhalt man E Rakete 1 2 M 2 v g 2 m displaystyle E text Rakete frac 1 2 frac M 2 v g 2 m nbsp Mit Einfuhrung des Massenverhaltnisses R displaystyle R nbsp Anfangsmasse Endmasse und bezogen auf die gesamte zur Verfugung stehende Energie erhalt man E Rakete E R 1 R displaystyle frac E text Rakete E frac R 1 R nbsp Dabei wird allerdings vorausgesetzt dass die gesamte Energie auf einen Schlag in Geschwindigkeit umgesetzt wird Dies ist in der Realitat nicht erreichbar vielmehr geht ein wesentlicher Teil der Energie zur Beschleunigung des noch unverbrannten Treibstoffes verloren Man integriert daher analog zum Verfahren bei der Raketengrundgleichung und erhalt wieder aus der Relation zur Gesamtenergie E Rakete E ln 2 R ln 2 R R 1 displaystyle frac E text Rakete E frac ln 2 R ln 2 R R 1 nbsp Die entsprechende Funktion weist ein deutliches Maximum bei einem Massenverhaltnis von knapp 5 auf erreicht aber auch dann nur knapp 40 Test BearbeitenDas Deutsche Zentrum fur Luft und Raumfahrt betreibt in Lampoldshausen das Europaische Zentrum fur Raumfahrtantriebe in dem beispielsweise das Hauptstufentriebwerk Vulcain 2 1 fur die Ariane 6 getestet wird Europas bisher starkstes Raketentriebwerk Stand 10 2018 Siehe auch BearbeitenListe von Raumflugkorpern mit elektrischem Antrieb Treibsatz Modellrakete Weblinks BearbeitenUbersicht uber Raketentriebwerksprufstande der DLR Radiofrequency Ion Thruster Heritage EURECA NASA gibt Go fur Nuklear Projekt Prometheus Nukleare Raketenantriebe bei FAS DLR Advanced Rocket Engines Tool fur die thermodynamische Berechnung der Leistungsdaten von RaketentriebwerkenLiteratur BearbeitenGeorge P Sutton Oscar Biblarz Rocket Propulsion Elements 9 Auflage John Wiley amp Sons Hoboken 2017 ISBN 978 1 118 75388 0 Einzelnachweise Bearbeiten Koroteev Son Development Nuclear Gas Core Reactor in Russia Memento vom 30 September 2007 im Internet Archive PDF 91 kB 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting Januar 2007 dailytech com Russia is Developing Nuclear Fission Spaceship to Reach the Red Planet Memento vom 20 August 2017 im Internet Archive 29 Oktober 2009 https www heise de news USA Blue Origin soll Raumschiff mit Kernenergieantrieb entwickeln 6015236 html Ulrike Ebner Lockheed Martin baut Raumfahrzeug mit Nuklearantrieb In flugrevue de 27 Juli 2023 abgerufen am 31 Juli 2023 deutsch Spacecraft Propulsion Chemical Memento vom 4 Oktober 2015 im Internet Archive TU Delft Cold gas systems Memento vom 8 November 2006 im Internet Archive Normdaten Sachbegriff GND 4176905 3 lobid OGND AKS Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Raketentriebwerk amp oldid 235981441